關鍵詞：無線數據發射 自動調諧 諧振 MICRF102

1 概述

MICRF102是Micrel公司新近推出的遠距離無線數據發射芯片。該芯片采用Micrel公司最新的快速無線傳輸技術,可實現真正的“數據輸入,無線輸出”功能。它的所有調諧都可在IC中自動實現,因此消除了手動調諧的麻煩。MICRF102結構簡單,使用方便,并可優化設計,降低成本,不失為一種低成本、高可靠的無線數據發射芯片,可廣泛應用于無線鍵盤、遠程遙控門禁系統、遙控風扇、照明開關以及無線傳感數據傳輸等領域。

MICRF102采用新型結構,可將外部天線環路全部調諧到內部UHF合成器中。

2 主要特點及引腳排列

MICRF102的主要特點如下：

●將完全的UHF集成在一個芯片內;

●頻率范圍為300MHz～470MHz;

●數據傳輸速率可達20kbps;

●可進行自動天線調諧;

●僅需極少的外圍元器件;

●待機電流不大于1μA。

MICRF102采用8引腳SOIC封裝,圖1為它的引腳排列圖,各引腳的功能說明如表1所列。

表1 MICRF102的引腳功能

3 功能原理

圖2為MOCRF102的內部功能原理框圖,它主要包括UHF合成器、緩沖器、天線調諧器、功率放大器、TX偏置控制、偏置參考以及調節電路等。

UHF合成器的作用是產生具有正交輸出的載波頻率,其同相信號I用于驅動功率放大器;正交信號Q用于與天線信號的相位相比較。天線調諧器用于檢測位于天線端的發射信號的相位并控制天線的可調變容器以達到調諧的目的。TX偏置控制單元用來檢測天線信號和控制功放的偏置電流。調節電路則用來為器件的內部電路提供各自所需的偏置。

由諧振器和一個電阻組成的PCB（印刷電路板）天線環路分配網絡是遠程操作（如自動無鍵登錄）所需的UHF發射器部件。另外,MICRF102中還有一個差分變容器,該變容器可用來保證發射頻率和接收頻率在過壓或溫度變化時相匹配。

4 應用設計

4.1 晶振的選擇

外部參考振蕩器決定著發射頻率,而且發射頻率是參考頻率的32位,即：fTx=32fREFOSC。選擇參考振蕩器對整個系統起著舉足輕重的作用,因此必須選擇適當的等效串聯電阻不大于20Ω的晶振,若使用信號發生器,其輸入輻值應在200mVpp～500mVpp范圍之間進行選擇。

4.2 天線設計

MICRF102在驅動天線環路方面具有特殊功效,它有一個可驅動感性負載的雙差分輸出。輸出級包括一個可對天線的電感進行自動調諧的變容器,以達到諧振的目的。準確設計高Q值的天線環路可以更精確地對諧振電路的中心頻率進行設置,需要注意的是,中心頻率的小小偏移都可能降低其發射功率。天線本身就是一個感性元件。一個簡單的電容器與天線并聯,即可組成諧振電路,其諧振頻率由下式決定：

f=[1/（4π2CL）]1/2

電感的容差依賴于PCB的制造方式,通常天線環路的諧振頻率是由可調電容來調節的,這樣不僅能起到保護電路的作用,而且還可防止由于電感容差和電容容差并聯后造成的發射器間的頻率差異,但同時也會增加成本和降低系統可靠性。

MICRF102具有自調諧功能,可自動調諧,從而免云手動操作的麻煩,同時也可動態適應它在阻抗方面的變化。

MICRF102的輸出級由6.5pF的可調電容組成,其可調范圍為5pF～8pF。當MICRF102檢測到功放輸出端的信號相應時,可自動調節變容器的容值,直到天線環路達到諧振為止。

在最簡單的設計,天線環路的諧振頻率,應以電容值6.5pF為基準。如果不能達到滿意的效果,則可再在天線端串聯或并聯一個電容。

4.3 旁路設計

正確的旁路是將100pF的電容與4.7μF的電解電容并聯起來使用。另外,最好再在電路中并聯一個0.1μF的電容,圖3是推薦的旁路電路。

4.4 發射功率

MICRF102的特定發射功率本身具有50Ω的負載。天線的功效決定著實際的輻射功率,好的天線設計可使得輸出在3米內產生67dBμV/m～80dBμV/m的射功率。PC腳可用來設置所需的發射功率。該腳上的電壓與功率放大器輸出端的差分電壓成比例。當PC腳電壓增加到0.4V時,輸出功率將受到電流所限而不再發生變化。減少PC腳電壓可降低輸出功率,同時也將降低射頻輸出功率和它的最大范圍。

4.5 輸出關斷

當設置的動力過高或電源暫時斷電時,MICRF102的輸出會自動關斷。芯片的這個特性可使射頻發射只發生在合成器處于完全受控的工作狀態,從而防止了操作員在不必要頻率上的無意識發射。

5 應用電路

圖4為MICRF102的典型應用電路。可以看出,該電路所需的外圍元件僅有幾個電容、電阻和天線環路。因此,MICRF102的設計非常簡單,而且可靠性高。從寬帶的超再生發報器到窄帶的高性能、超外差式接收機等多種系統,MICRF102均可與它們中所有的ASK/OOK UHF接收器相兼容,其頻率范圍為300MHz～47MHz,數據傳輸速率可達20kpbs。若將MICRF102發射器與Micrel系列的天線接收芯片MICRF001/002/022/003/004/007配合使用,可實現完整的無線數據發射的接收功能,同時可大大減少設計和生產成本。